暗物质有可能消失吗？

虽然暗物质很特别，但它也像普通物质一样产生重力。虽然暗物质很特别，但它也像普通物质一样产生重力。

“哈克拉透镜”星系的引力导致类星体“爱因斯坦十字”发出的光弯曲。

遥远星系的质量并不比地球上邻近星系的质量大。

据外国媒体报道，暗物质是塑造宇宙的“看不见的手”。它决定了星系会在哪里形成，不会在哪里形成。暗物质的引力将恒星聚集成星系，将星系聚集成星系团。当星系合并时，暗物质也在其中发挥作用，影响最终的合并结果。但是暗物质到底是什么？还没人知道。

我们通过以下方式了解暗物质。一:暗物质非常丰富，大约是“普通物质”的五倍；其次，它们不会释放、反射或吸收光，但它们能产生重力，这对于星系的演化至关重要。第三:暗物质是稳定的。自从138亿年前宇宙诞生以来，暗物质从未衰变为其他物质。即使有，也可以忽略。事实上，即使在数亿年后，暗物质仍将继续繁荣，并且可能永远不会改变。

理论物理学家对暗物质的研究主要基于上述三个原则。但是如果关于暗物质稳定性的第三个理论是错误的呢？这是一套叫做“动态暗物质”的新理论背后的想法。该理论首先由亚利桑那大学的物理学家基思·迪恩斯和拉斐特学院的理论家布鲁克斯·托马斯提出。尽管该理论在暗物质物理学中仍处于边缘地位，但越来越多的人开始被该理论所吸引，粒子物理学家和天体物理学家也开始加入合作研究阵营。

暗物质领域确实需要一些新的想法。尽管一个多世纪以来，天文学家在宇宙各处都发现了暗物质的踪迹，但他们从未发现任何暗物质粒子。原因不是缺乏尝试。科学家试图用大型强子对撞机(LHC)等仪器粉碎粒子，并在粒子碎片中寻找暗物质的迹象。他们还试图将锗晶体、液态氙和液态氩深埋地下(比山和古代金矿更深)，寻找与原子核碰撞的暗物质粒子。结果一无所获，物理学家之间也没有共识。

与此同时，暗物质的天体物理学证据正在积累。宇宙中有一个神秘的现象:物理学家计算了星系中恒星的旋转速度，发现星系边缘恒星的旋转速度几乎与内部恒星的相同。但是根据我们对引力的理解，外围恒星应该移动得更慢，除非有无形的力量将它们向前拉。此外，星系团中的星系非常活跃，除非有无形的力量将它们结合在一起，否则早就应该解体了。你注意到什么共同点了吗？宇宙微波背景辐射是帮助我们理解宇宙起源的最有效工具，甚至有些特征只能用暗物质来解释。既然暗物质无处不在，为什么我们不能找到它？

一些研究人员开始怀疑他们看错了方向。大多数暗物质探测器被设计用来寻找假想的弱粒子(即弱相互作用的大质量粒子)。弱相互作用粒子似乎是一个非常合适的暗物质“候选者”，因为它可以自然地从超对称理论模型而不是标准模型中导出。该理论认为，所有基本的亚原子粒子都有一个未被发现的“伴粒子”。

当研究这些假设粒子的特性时，物理学家注意到其中一个粒子与暗物质的假设极其一致。它可以通过引力和弱力与其他粒子相互作用(只有当粒子间距小于质子直径时才会发生)。此外，粒子非常稳定，其数量符合宇宙正常演化的要求。

夏威夷大学的物理学家贾森·库马尔指出，弱作用粒子“在美学上非常负面”，并且具有物理学家喜欢的所有特征:简单、对称和优雅。但是库马尔说:“很难将这些理论模型与我们观察到的数据相匹配。”这并不意味着WIMPs模型是错误的，但它确实促使研究人员重新思考一些十年前可能被嘲笑的理论。“暗物质是不稳定的”就是其中之一。

不稳定的影响

当德雅纳斯和托马斯首次提出“动态暗物质”理论时，他们只与暗物质接触。由于他们刚刚进入这个行业，他们一开始并不担心稳定性。他们想共同定义一种新的暗物质。他们首先想到，暗物质会由不止一种粒子组成，而是由许多不同种类的粒子组成吗？其次，这些粒子可能会衰变吗？有些可能在几秒钟内消失，有些可能存在数万亿年。关键是各种粒子的数量必须保持平衡，才能让大多数暗物质保留至今。

德杰纳斯和托马斯将这一新的理论框架命名为“动态暗物质”，并开始在学术会议上分享这一观点。但是根据迪那斯的说法，这一理论遭遇了“许多质疑”

"人们一直在问稳定的问题。"“但是我们没有用传统的方式来思考，”迪那斯回忆道。

为什么物理学家如此肯定暗物质是稳定的？天文学家从数十亿光年以外的星系观察中了解到，这些古老星系中暗物质的重量不低于年轻时附近星系的重量，至少这个差距还不足以测量。此外，如果暗物质衰变为更轻、可探测的粒子，这些粒子将携带大量能量环绕宇宙。如果是这样，我们应该能够从地球上探测到它们。此外，如果暗物质衰变发生在宇宙的开始，它将干扰元素的形成，并改变宇宙中的化学环境。

“动态暗物质”模型可以通过平衡来解决稳定性问题。如果大多数暗物质以稳定粒子的形式存在，并且寿命比宇宙长，那么可能会有少量属于快速衰变粒子的暗物质。“这是寿命和数量之间的平衡，”迪那斯说。"这种平衡可能取代简单的“稳定性理论”，成为暗物质的新基本原理。"

乍一看，这个解释似乎有点牵强。事情怎么会这么聪明？然而，德雅纳斯、托马斯和他们的合作研究人员发现了几种可能产生正确粒子组合的情况。"我们发现有许多有趣的方法来产生这个结果."托马斯说。动态暗物质理论对暗物质粒子的组成和形成持“不可知论”的态度，“暗物质不仅是一个模型，而且只由一个粒子组成。我们的理论为思考暗物质的本质提供了一个新的框架。”

除了动态暗物质理论，越来越多的“多成分”暗物质模型支持多粒子假说。“动态暗物质理论的关键区别在于它不是随机选择几个粒子，而是设计一些极限参数来描述其特性。”库马尔解释道。

暗物质会减少吗？

今天，宇宙中大约85%的“物质”由暗物质组成，其质量是普通物质的五倍。但是如果动态暗物质框架是正确的，暗物质总有一天会完全消失。这个过程起初非常缓慢，但是当大量暗物质“到期”时，消失的速度会大大加快，有一天它会完全灭绝。

然而，这需要很长时间才能实现。暗物质不会完全消失，直到宇宙中另一种神秘的力量——暗能量——彻底粉碎宇宙，把它变成虚无。但是有些人可能会问:如果宇宙中的暗物质少了一点，谁会在乎呢？

寻找暗物质粒子的科学家关心。

这是因为动态暗物质粒子在暗物质探测器中留下的痕迹将比弱质子粒子更加复杂。如果弱等离子体粒子只是在普通粒子中“跳跃”，那么动态暗物质粒子(或其他成分复杂的暗物质)就像粒子中的“簇”。“如果只有一种暗物质粒子，它只会形成一种特定的反冲光谱‘形状’”，德雅纳斯在解释探测器读数时说道。“如果反冲光谱形状非常复杂，这意味着暗物质可能由多个成分组成，例如动态暗物质。”

粒子碰撞实验也可以区分动态暗物质和弱粒子。动态暗物质产生非常丰富的谱线，其中一些谱线与传统概念中的暗物质非常不同亚利桑那州立大学的物理学家苏·方舒解释道。苏·方舒正与德雅纳斯和托马斯合作，试图预测粒子对撞机收集的数据中会留下什么动态暗物质的痕迹。

苏被暗物质可能由多种粒子组成的理论深深吸引，开始研究动态暗物质模型。如果是这样的话，大型强子对撞机产生的粒子碎片应该会显示出非常独特的痕迹。“这种变化将非常明显，与只有一个暗物质粒子的情况非常不同。”苏指出，“如果一个暗物质粒子只产生一个峰值，动态暗物质就会产生许多峰值甚至其他奇怪的特征。”

还有腐烂的问题。构成动态暗物质的粒子的寿命是不同的。有些会在出生后立即腐烂，有些会持续一段时间，穿过探测器一段时间，有些会完全逃离探测器。"即使它是衰变后的暗物质，也会表现出完全不同的特征."苏对说道。

苏正在思考如何利用地球上的对撞机来探测动态暗物质，而库马尔则在思考这个模型能否解释另一个困扰天文学家的难题，即太空中高能正电子过剩的现象。暗物质研究人员认为，这些正电子可能是在弱粒子碰撞和湮灭过程中产生的。库马尔说，问题是这个过程产生的正电子能量有上限。在这个截止点之后，正电子的生产应该停止。然而，天文学家还没有找到这个分界点。然而，动态暗物质产生的正电子能级可能与天文学家的观测结果一致。

当然，动态暗物质只是许多关于弱作用粒子的替代理论之一。此外，还有简单粒子(强相互作用的大质量粒子)、随机粒子(强关联的大质量重子群)、轴子、六重夸克等。在物理学家能够明确地探测到暗物质之前，理论家们仍然有很大的异想天开的空间。

“我们只想说，动态暗物质是一个有趣的模型，不一定比其他模型更好。”“在这个领域仍有许多可能性，数据最终会告诉我们真相，”迪那斯说。